嵌入式硬件篇---JSON通信以及解析

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前言

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，在单片机之间、上下位机之间的通信中被广泛应用。

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一、JSON特点

语法简单

语法简洁：JSON 的语法基于 JavaScript 的对象和数组字面量表示法，非常直观和简洁。它使用键值对来表示数据，易于阅读和编写。

数据格式灵活

数据格式灵活：支持多种数据类型，包括字符串、数字、布尔值、数组、对象等，可以方便地表示复杂的数据结构。

轻量化

轻量级：相比其他一些数据交换格式（如 XML），JSON 的数据量较小，在网络传输和存储方面具有优势，能够有效减少通信带宽和存储空间的占用。

跨语言使用

跨语言支持：几乎所有的编程语言都提供了对 JSON 的解析和生成支持，这使得它在不同类型的单片机和上位机（如 PC、手机等）之间进行数据交换时非常方便，无需考虑语言差异。

二、JSON数据结构

对象

对象：由花括号 {} 包围，包含一系列键值对。键是字符串，值可以是任意数据类型。例如：{“name”: “John”, “age”: 30, “isStudent”: false}。

数组

数组：由方括号 [] 包围，包含一系列元素，元素可以是任意数据类型。例如：[1, 2, 3, “four”, true]。

三、JSON在单片机之间通信的应用

数据封装与传输

数据封装与传输：单片机通常资源有限，JSON 的轻量级特性使其成为一种理想的数据格式。当多个单片机之间需要进行数据交互时，例如传感器节点与控制节点之间的通信，传感器节点可以将采集到的数据（如温度、湿度、光照强度等）封装成 JSON 格式的字符串，然后通过串口、SPI 等通信接口发送给控制节点。控制节点接收到数据后，再解析 JSON 字符串，获取其中的具体数据值，进行相应的处理。

四、JSON示例代码

以 C 语言为例，在单片机中使用 cJSON 库来处理 JSON 数据。假设要发送一个包含温度和湿度数据的 JSON 消息，代码如下：

#include "cJSON.h"

// 模拟采集到的温度和湿度数据
float temperature = 25.5;
float humidity = 60.0;

int main() {
   
    // 创建一个JSON对象
    cJSON *root = cJSON_CreateObject();

    // 向JSON对象中添加温度和湿度数据
    cJSON_AddNumberToObject(root, "temperature", temperature);
    cJSON_AddNumberToObject(root, "humidity", humidity);

    // 将JSON对象转换为字符串
    char *json_string = cJSON_Print(root);

    // 这里可以通过串口等方式将json_string发送出去

    // 释放内存
    cJSON_Delete(root);
    free(json_string);

    return 0;
}

五、JSON在上位机与单片机之间通信的应用

数据交互

数据交互：上位机（如 PC 端的应用程序或手机 APP）与单片机之间经常需要进行数据交互。例如，上位机向单片机发送控制指令，或者从单片机获取传感器数据、设备状态等信息。JSON 格式可以方便地对这些数据进行封装和传输。上位机将指令或请求数据封装成 JSON 格式发送给单片机，单片机解析 JSON 数据并执行相应操作，然后将结果以 JSON 格式返回给上位机。上位机再解析返回的 JSON 数据，进行显示或进一步处理。

六、JSON示例代码

示例代码：在 Python 中使用 json 模块处理 JSON 数据，与单片机进行通信（假设通过串口与单片机通